Nella cura del cancro, la chemioterapia è la strategia più conosciuta e diffusa. Salva la vita di milioni di pazienti ma non è ancora del tutto esente da controindicazioni. Non è infatti possibile riuscire a indirizzare l’azione delle molecole unicamente, e in profondità, alla massa da trattare. Il risultato è che vengono colpite anche le cellule sane e viene intaccata la qualità della vita della persona malata oltre che l’efficacia della terapia stessa. UniTrentoMag ha approfondito le prospettive che si potrebbero aprire per la terapia bersaglio antitumorale anche grazie a uno studio condotto da Vito Giuseppe D’Agostino e dal suo team al Dipartimento di Biologia cellulare, computazionale e integrata dell’Università di Trento.
Dal 2019, infatti, al Dipartimento di Biologia cellulare, computazionale e integrata (Cibio) si lavora per dare una svolta alla diagnostica oncologica attraverso l’analisi delle vescicole rilasciate dalle cellule tumorali, ma anche al trattamento terapeutico attraverso la modifica delle vescicole rilasciate da cellule in coltura. Le vescicole sono infatti delle particelle lipidiche rilevate in scala nanometrica (ecco perché spesso definite nanoparticelle) e rilasciate attivamente dalle nostre cellule. Queste trasportano diverse molecole capaci di influenzare le cellule riceventi e quindi in grado di cambiarne gli effetti se opportunamente modificate. Lo scopo della ricerca condotta da Vito Giuseppe D’Agostino, professore del Dipartimento, e principalmente dalla dottoranda Elena Gurrieri, è stato manipolare le vescicole per produrre specifici “vettori” che potessero indirizzare farmaci antitumorali direttamente alle cellule interessate, rendendo il trattamento più efficace e riducendo le dosi di farmaco impiegate.
Le attività scientifiche sono state svolte grazie a un finanziamento ottenuto dalla Fondazione Caritro, nel bando 2019-2021 poi prorogato fino a giugno 2023. Il finanziamento ha consentito di sostenere le spese per il reclutamento, la formazione e lo sviluppo di personale qualificato nel settore della biomedicina e biotecnologie e ha permesso di mettere a punto nuovi saggi per studiare come le vescicole possono essere modificate con ligandi in superficie, “caricate” da chemioterapici e come interagiscono con cellule tumorali.
«In laboratorio usiamo le cellule, sia tumorali sia non cancerose, per produrre una secrezione controllata di vescicole in grado di riconoscere specifiche cellule bersaglio», spiega D’Agostino. L’arricchimento di queste particelle modificate apre le porte a svariate possibilità in campo medico, dal conferimento di molecole tossiche al conferimento di molecole segnale per il sistema immunitario. Le vescicolette, infatti, possono essere impiegate come vettori di nuova generazione nella terapia bersaglio antitumorale.
D’Agostino si sofferma sulle loro caratteristiche che le rendono preziose alleate nella cura. «Hanno una dimensione molto ridotta e sono invisibili al sistema immunitario perché vengono riconosciute dall’organismo come proprie. Inoltre hanno un doppio rivestimento lipidico. Così riescono a penetrare più in profondità rispetto ai vettori utilizzati finora. Questa caratteristica può essere sfruttata per veicolare i farmaci chemioterapici in specifici tessuti. L’azione localizzata, inoltre, permette di somministrare alla persona in cura una quantità farmacologica ridotta».
Questo tipo di terapia – riferisce - potrebbe applicarsi nella futura clinica ai cosiddetti tumori solidi come quello al seno, al polmone, alla prostata o al colon per raggiungere distretti cellulari tumorali più interni e poco proliferanti, rappresentando un vantaggio in ambito sanitario e sociale.
In prospettiva i vettori basati sulle vescicole extracellulari permettono di semplificare le procedure mediche. Tuttavia, ulteriori studi sono necessari per approfondire sia il profilo produttivo che di efficacia di queste formulazioni, includendo collaborazioni con aziende Biotech e Pharma per essere oggetto di possibili investimenti per approfondimenti e clinical trial ospedalieri su pazienti oncologici.
Intanto la rivista di settore Journal of Biomedical Science (https://rdcu.be/dWZuq) in questi giorni ha dato spazio alla ricerca condotta nel laboratorio trentino con la pubblicazione dei risultati dello studio. L’articolo intitolato “CD81-guided heterologous EVs present heterogeneous interactions with breast cancer cells” e firmato da Vito Giuseppe D’Agostino e dal suo team di ricerca è consultabile in Open Access sul sito della rivista per chi volesse approfondire gli aspetti più tecnici del lavoro. Da anni c’è un’intera comunità scientifica internazionale che guarda a queste particelle secrete da cellule che possono essere usate come veicoli per nuove terapie antitumorali. «Il passo in avanti compiuto dal nostro studio è che abbiamo sviluppato un sistema per monitorare la secrezione e quantificare la parte di vescicole che davvero riconosce e raggiunge le cellule tumorali che vogliamo colpire. I dati prodotti fino a oggi dimostrano che siamo in grado di ingegnerizzare vescicole extracellulari verso nuove strategie di terapia mirata», conclude D’Agostino.
Advancements in targeted anticancer treatments
New strategy modifies human vesicles to turn them into chemotherapy vehicles
Chemotherapy is the most well-known and widespread cancer treatment. It saves the lives of millions of patients but it also has many side effects. In fact, it is very difficult to only target cancer cells and in depth. As a consequence, the treatment also targets healthy cells and this affects the quality of life of patients as well as the effectiveness of the therapy itself. However, there are new developments for targeted anticancer treatments, and we have talked about this with Vito Giuseppe D’Agostino who, with his team, conducted a study on the matter at the Department of Cellular, Computational and Integrative Biology of the University of Trento.
Researchers at the Department of Cellular, Computational and Integrative Biology - Cibio have been working since 2019 to advance oncological diagnostics through the analysis of the vesicles released by cancer cells, but also to advance treatments based on the modification of the vesicles released by cultured cells. Vesicles are nanometric lipid particles – that's why they are often called nanoparticles – generated by cells. They transport different molecules that are capable of influencing the recipient cells and therefore of changing their action, if they are appropriately modified.
The purpose of the research conducted by Vito Giuseppe D’Agostino and Elena Gurrieri, respectively professor and PhD student at the Cibio Department, was to manipulate the vesicles to produce specific "vehicles" that could deliver anticancer drugs directly to the cancer cells, making the treatment more effective and reducing the amount of drug required for therapeutic efficacy.
The study was carried out thanks to funding from Fondazione Caritro, in the 2019-2021 call, which was then extended until June 2023. The funding has made it possible to recruit, train and prepare qualified personnel in the field of biomedicine and biotechnology and has allowed the development of new tests to study how vesicles can be modified with surface ligands, how they can be "loaded" with chemotherapy drugs and how they interact with cancer cells.
"In the laboratory we use both cancerous and healthy cells to produce a controlled secretion of vesicles capable of recognizing specific target cells," explains D’Agostino. The enrichment of these modified particles opens the way to various potential applications in the medical field, as they could deliver toxic molecules or signalling molecules for the immune system. Vesicles, in fact, can be used as a new generation of vehicles in targeted anticancer treatments.
D’Agostino explains why their characteristics make them valuable allies in cancer treatments. "They are very small and are invisible to the immune system because they are recognized by the body as their own. They also have a double lipid coating. This allows them to penetrate deeper than the vehicles used so far. This feature can be exploited to deliver chemotherapy drugs to specific tissues. The targeted action also makes it possible to use less treatment."
This type of therapy – he says – could be applied in the future in clinical practice to treat the so-called solid tumors such as breast, lung, prostate or colon cancer, to reach more internal and less active cancer cells, which would be a great advantage for healthcare and society in general.
Vehicles based on extracellular vesicles could therefore simplify medical procedures. Further studies however are needed to further explore the production and efficacy of these treatments, working in collaboration with the biotechnology and pharmaceutical industry that may open the way to possible investments for more in-depth studies and hospital clinical trials with cancer patients.
Meanwhile, the Journal of Biomedical Science (https://rdcu.be/dWZuq) has given some visibility to the research conducted at Cibio and published the results of the study. The article, "CD81-guided heterologous EVs present heterogeneous interactions with breast cancer cells", authored by Vito Giuseppe D’Agostino and his research team is available in Open Access on the journal's website for those who want to delve into the technicalities of the work.
The international scientific community has been looking for years at extracellular vesicles, particles secreted by cells, that can be used as vehicles for new cancer therapies. "The contribution of our study is that we have developed a system to monitor the secretion and quantify the part of vesicles that actually recognize and reach the cancer cells we want to target. The data produced so far show that we are able to engineer extracellular vesicles to develop new targeted anticancer treatments," concludes D’Agostino.